Endstufen und Controller messen und bewerten

[Rainer_Zufall]

Hallo zusammen,

ich weiß nicht ob meine Frage hier richtig ist oder eher im Messtechnik Bereich.

Ich habe mir einen neuen Verstärker zugelegt und jetzt interessiert mich natürlich brennend ob das Gerät auch brauchbar ist.und wie es im Vergleich zu anderen Verstärkern abschneidet. Es handelt sich zwar um eine PA-Endstufe, im Vergleich zu HiFi sollten die Grundlagen aber gleich sein,oder?

Da ich stolzer Besitzer einer ARTA Lizenz bin, habe ich mich im Handbuch in das Thema Messen von Endstufen eingelesen und mir ein paar Kabel zusammengelötet.
Das hat auch überraschenderweise funktioniert. Habe Frequenzgang, Klirr nach Farina und Phase / Gruppenlaufzeit, sowie Sonogramm gemessen. So wie ich es von der Lautsprechermessung kenne.

Kann man das so machen, oder ist bei einer Endstufenmessung nur der Frequenzgang aussagekräftig? Und ist der Klirr nach Farina geeignet, oder muss ich eine richtige Klirrmessung machen?

Welche Parameter sollten snonst noch gemessen werden um Endstufen richtig beschreiben und einschätzen zu können?

Hier ein paar Bilder
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(Ich glaube bei Phase und Gruppenlaufzeit ist was schief gelaufen)
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[ansch]

Der gemessene Frequenzgang sieht seltsam aus, da stimmt etwas nicht.

Hattest Du eine Last an den Lautsprecherausgängen? Zum Messen an (Beschallungs- )Leistungsverstärkern braucht man aber dicke Lastwiderstände.
Ich kenne die Gisen nicht. Aber vermute, dass das ein PWM Verstärker ist. PWM (Class D) Verstärker zeigen dann i.d.R. an unterschiedlichen Lasten unterschiedliche Frequenzgänge.
Ggf. sollte man das Zeitverhalten der Ausganglesitung betrachten, das geht mit einem Oszilloskop. Außerdem sind Bursts hilfreich um praxisrelevante Leistungsangaben an PWM-Verstärkern zu erhalten (die ganzen >1KW Geräte regeln meist nach kurzer Zeit ab - je nach verfügbarer Leistung im Netz...)

Übrigens: Vorsicht bei PWM Verstärkern wenn diese intern bereits gebrückt sind. Dann liegt zwischen den Lautsprecherausgängen jeweils halbe Ausgangsspannung bzgl. Masse an. Also vorher mal mit dem Multimeter die Ausgänge gen Masse messen.

[Rainer_Zufall]

Hallo ansch.

Was stimmt denn mit dem Frequenzgang nicht? Bzw. wie sollte er richtigerweise aussehen?

Ich habe mich an das deutsche ARTA Handbuch, Kapitel 3.4 gehalten. Zum Messen habe ich ein 8 Ohm, 100W Widerstand benutzt und zwischen jeder messung runterkühlen lassen. Die Spannung über dem Widerstand habe ich mit einem TRMS Multimeter bei 1kHz Sinus gemessen. Spannung am Ausgang mindestens 2,83V (1W), maximal 30V (knapp über 110W). Die Leistung der Endstufe ist mit 2000W an 8Ohm angegeben (bisher nicht getestet). Da ist 110W ja quasi nichts.
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Der Verstärker sieht innen sehr aufgeräumt aus, also ist er vermutlich Class D. Ich habe leider nicht all zu viel Ahnung von Elektrotechnik, aber hier ein paar Fotos von innen.
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Das Teil ist überigens auch absurd laut. Habe den Hersteller schon gefragt was man da machen kann. Angeblich kann man schwächere Lüfter einbauen. Dem Braten traue ich aber irgendwie nicht. Gemessen mit ARTA in der Wohnung in einem Meter Abstand. Messmikro iSEMcon EMX-7150, Lautstärke mit iSEMcon SC-1 kalibriert.
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Für weitere Messungen brauche ich dann wohl jemanden mit einem Osziloskop (Zeitverhalten) und jemanden mit einem ordentlichen Lastwiderstand (Leistung)? Okay, dann bekomme ich mit meiner Soundkarte wohl nicht mehr als Frequenzgang und Klirr ermittelt. Ist vielleicht auch gar nicht dumm bei Leistungselektronik einen Fachmann ranzulassen.

Was meinst du damit das am Ausgang halbe Ausgangsspannung gegen Masse anliegt? Also Also was hat das für einen Einfluss?

[ansch]

Hallo ansch.

Was stimmt denn mit dem Frequenzgang nicht? Bzw. wie sollte er richtigerweise aussehen?


Hallo Rainer_Zufall,

mich hat die Welligkeit von +/- 0.5 dB gewundert - finde ich für eine Endstufen ungewöhnlich. Ich hätte das glatter erwartet.



Was meinst du damit das am Ausgang halbe Ausgangsspannung gegen Masse anliegt? Also Also was hat das für einen Einfluss?


Bei einer intern gebrückten Endstufe liegt an den Ausgangsklemmen je die halbe Betriebspannung mit der Wechselspannung des Signals überlagert gegen Masse an. Der Lautsprecher sieht den Offset nicht, da er gegenpolig an beiden LP-Klemmen anliegt. Aber den negativen LP-Ausgang legt man zum Messen üblicherweise auf Ground der Soundkarte. Der ist üblicherweise auch Ground der Endstufe und damit schließt Du den negativen Zweig kurz. Außerdem weiß ich nicht ob das die Soundkarteneingänge toll finden.

Deswegen vorher mit dem Multimeter die Spannungen am Ausgang messen.

Aber bei Deiner Endstufe scheint das ja nicht der Fall zu sein. Da liegt die 'schwarze' Klemme oder der Neutrik 1- eben klassisch auf Masse.

Viele Grüße
André

[Rainer_Zufall]

Danke für die Erklärung. Ich hatte mich bisher zum Einstieg nur an die Anleitung von ARTA gehalten und mir keine Gedanken über sowas gemacht.

Ich glaube ich habe gerade auch den Grund für die wellige Frequenzgangmessung gefunden. Wollte eben noch eine Messung machen, da ich mir der Greuch von verschmorter Elektronik aufgefallen. Anscheinend habe ich den Spannungsteiler zu schwach dimensioniert. Hätte nicht gedacht dass da so große Leistung drüber fließt. Andererseits, warum nicht. Wundert mich nur das mir das gestern nicht aufgefallen ist. Da hatte ich viel öfter und länger gemessen.

[wus]

Das Teil ist überigens auch absurd laut. Habe den Hersteller schon gefragt was man da machen kann. Angeblich kann man schwächere Lüfter einbauen. Dem Braten traue ich aber irgendwie nicht. Viele Hersteller bauen ihre PA Amps bewusst leicht und manche zusätzlich noch besonders kompakt (Spitzenreiter: 40 kW aus 1 HE (https://www.pknaudio.com/3phase_eng.html)), deshalb werden statt großer passiver eben kleine Kühlkörper eingebaut, die dann forciert gekühlt werden müssen. Auf deinen Fotos sieht Deiner aber nicht so eng aus, das gibt mir Hoffnung...

Ich würde halt mal messen wie warm der Kühlkörper wird,
a) nach 30 min Leerlauf
b) nach weiteren 30 min Betrieb mit Deiner typischen Lautstärke an (D)einem Lautsprecher,
c) wenn Du kannst auch noch nach 30 min an einer PA, die die volle (Musik-)Leistung dieses Amps ab kann.

Wenn der KK nach 30 min Betrieb nicht groß warm wird kannst Du den Lüfter versuchsweise mal abklemmen und dann nochmal messen, wie warm er in Fall a) und b) wird. Streng genommen sollte man diese Temperaturmessungen allerdings bei geschlossenem Gehäuse machen. Evtl. kann der Lüfter dann ganz abgeklemmt bleiben, oder Du folgst eben dann dem Herstellerrat und baust leisere Lüfter ein. Dann allerdings solltest Du die Erwärmung anschließend nochmal messen.

Wenn dein DMM das kann solltest Du auch mal die netzseitige Leistungsaufnahme messen.

[Rainer_Zufall]

Ich würde halt mal messen wie warm der Kühlkörper wird,
a) nach 30 min Leerlauf
b) nach weiteren 30 min Betrieb mit Deiner typischen Lautstärke an (D)einem Lautsprecher,
c) wenn Du kannst auch noch nach 30 min an einer PA, die die volle (Musik-)Leistung dieses Amps ab kann.

Ja, Messen ist irgendwie naheliegend. Bin aber nicht drauf gekommen. Werde mir wohl mal ein günstiges Thermometer besorgen und Temperaturfühler auf die Kühlkörper kleben. Der Hersteller behauptet, die Kühler wären reichlich überdimensioninert. Da frage ich mich doch warum die sowas einbauen?

Der hat noch vorgeschlagen ein paar Widerstände auf einer Platine vom Netzteil zu tauschen. Das reduziert angeblich die Drehzahl im Standby.

Die Lüftersteuerung ist auch irgendwie merkwürdig. Die Lüfter scheinen auf last zu reagieren, nicht auf Temperatur. Jedenfalls haben die beim Test gestern jeden Basston dynamisch mitgemacht. Oder die Kühlkörper werden in Sekundenbruchteilen heiß und wieder kalt.

[Rainer_Zufall]

Die Widerstände für den neuen Spannungsteiler sind endlich angekommen. Habe den Lastwiderstand außerdem noch auf einen alten Kühlkörper geschraubt den ich hier rumliegen hatte. Bin gespannt ob die Messung jetzt funktioninert hat. Einen Fehler hatte ich vorher noch gefunden. In ARTA war noch die kalibrierdatei vom Mikro geladen.
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Bei 2,83V sieht der Frequenzgang echt furchtbar aus, mit den Ausreißern unterhalb 100 Hz.
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Bei höheren Leistungen treten die nicht mehr auf. Woran kann das liegen? Bei 1W werde ich die Endstufe vermutlich nie betreiben, darum ist das in der Praxis unwichtig. Wundern tuts mich aber schon.
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Phase und Gruppenlaufzeit sind keine Gerade. Ist das "normal"?
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Die Ausgänge dieser Endstufe scheinen in Standardeinstellung Phasenverdreht zu sein. Kann man in der Software einstellen, an der Endstufe selber habe ich diesen Knopf noch nicht gefunden. Ist bemerkenswert. Wer nicht damit rechnet und gerade kein Messsystem zur Hand hat, könnte Probleme kriegen. Vor allem wenn man zusätzlich noch andere Endstufen benutzt.
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Der Klirr nach Farina sagt mir gar nichts. Kann man da überhaupt Informationen draus ziehen?
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Die Endstufe hat zwar hinten LAN-Buchsen, ist aber ein serieller Anschluss. Also für mich nutzlos. Dafür habe ich eine Software (https://www.virtualhere.com/home)gefunden, die (unter Anderem) mit einem Raspberry Pi Zero (ca. 16€) USB Geräte im Netzwerk verfügbar machen kann. Man schließt die Endstufe also per USB an den PI an und verbindet sich dann mit irgend einem Gerät im Netzwerk damit. Ziemlich cool. Client Software ist kostenlos, serverseitig ist ein USB Gerät kostenlos.
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Aber das nur nebenbei.


Sind die Messungen jetzt richtig und aussagekräftig? Oder habe ich noch immer einen Fehler drin?
Kann man mit ARTA auch das Grundrauschen messen? Das kommt mir bei der Endstufe ziemlich hoch vor.
Und kann man den Dämpfungsfaktor mit ARTA bestimmen? Oder noch einfacher mit einem Multimeter?

[ansch]

Scheint besser zu sein.
Die Störungen bei geringem Pagel kommen vmtl. eben vom geringen Pegel am Soundkarteneingang.

Wenn der Frequenzgang 'verbogen' ist, muss es der Phasengang zwangsläufig auch. D.h. zu den Rändern des Übertragungsbereiches, wo sich der Pegel ändert, ist es normal, dass die Phase das auch tut.

Noch zwei Gedanken:
-das Gerät hat ja einen eingebauten DSP. Der ist komplett flach?
- Hast Du bisher einkanalig gemessen? Du könntest u.U. mal mit Arta zweikanalig messen. Also einen Ausgang der Soundkarte wider auf den Eingang zurück. Mit dem anderen Kanal wie gehabt die Endstufe messen (Haken in Arta bei 2Ch setzen). So kannst Du den Soundkarteneinfluss ausschließen.

[Olaf_HH]

Moin
Störungen könnten Netzspannung sein, und mess mal mit 4 und 8 Ohm, alle Kanäle belastet.
Class D Verstärker können bei falschem Lastwiderstand den HT Frequenzgang verbiegen, da das Ausgangsfilter in den Standarddesigns nicht passend abgestimmt ist.
Das könnte den Anstieg im HT Bereich erklären.
Grundsätzlich sollte man bei Messen von Unbekannten Endstufen aufpassen, wenn die eine BTL Schaltung haben dann ist ein Messen gegen Masse (PC) nicht gut für die Elektronik, bis hin zum Kurzschluss.

[stoneeh]

Wenn der Frequenzgang 'verbogen' ist, muss es der Phasengang zwangsläufig auch.

Mit Ausnahme der Mic-Kalibrierungsdatei, die (in ARTA) nur auf den ersteren angewendet wird. Schön zu sehen an den Messungen zu Beginn des Threads, als diese noch geladen war - Amplitudenfrequenzgang war übers gesamte Spektrum wellig, der Phasenfrequenzgang / GLZ über den großen Teil des Spektrums glatt.

[Rainer_Zufall]

Stimmt, Frequenzgang und Phase hängen ja zusammen. Das habe ich doch vor kurzem erst gelernt. Mensch, da hätte ich draum kommen müssen. Danke für den Hinweis.

Ich habe noch mal nachgesehen. Die Messungen sind alle zweikanalig, der DSP komplett flat.

Alle Kanäle belasten werde ich noch mal ausprobieren. 4 Ohm habe ich nicht da, aber 8 Ohm sollten hier noch drei Widerstände rumliegen.

[Rainer_Zufall]

Ich habe mir schnell drei weitere Kabel gebastelt
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Macht aber keinen Unterschied. Hier die Messungen bei 1W, 10W, 50W und 100W
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Wie vorher auch nehmen die Zacken bei höherer Leistung ab. Der restliche Frequenzgang bleibt unverändert.

[ansch]

So, jetzt noch mal doof gefragt: die Mikrokalibrierung ist auch sicher ausgeschaltet?
Ansonsten könntest Du zum Vergeich noch mal die Soundkarte 1ch durchmessen, bzw. evtl. einen anderen Verstärker zum Vgl. durchmessen.

[Rainer_Zufall]

Vielleicht muss ich mich auch mit dem Gedanken anfreunden das meine Endstufe einfach nicht gut ist. Wer billig aus China kauft ...
Aber vorher möchte ich natürlich sicherstellen das ich richtig gemessen habe und das Messsystem funktioniert.

Mikrokalibrierung ist aus. Das habe ich noch mal nachgesehen.
Als Interface habe ich Focusrite Scarlett 2i2 (blau) und Steinberg UR22 (schwarz) getestet.
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Neben der Gisen DSP4.21 hatte ich noch eine alte t.amp 4-1300 gemessen. Auch nicht schön, aber anders.
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Ansonsten habe ich noch einen alten Analogverstärker aus den 80ern im Lager. Oder ich messe mal einen HiFi Verstärker. Dessen Frequenzgang sollte ja eigentlich relativ flach sein.

[Rainer_Zufall]

Ich habe diesen wunderschönen, sonnigen Tag in Aachen genutzt um drinnen zu beliben, Kabel zu löten und weitere Verstärker zu messen :-)


Hier die messung einer alten PA Endstufe aus den 80ern (RAMSA WP-9220)
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Sieht schon besser aus. Zum Schluss noch einen alten HiFi Verstärker (Onkyo Integra A-8850)
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Da die Skalierungen immer unterschiedlich sind, habe nbich noch mal den Frequenzgang aller vier Endstufen nebeneinander gestellt
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Jetzt mein Versuch das zu interpretieren.
Alle messungen werden im oberen Frequenzbereich wellig. Das könnte ein Problem mit der Messhardware sein. Oder es ist kein Problem sondern die Grenze der Genauigkeit?
Davon abgesehen ist der Frequenzgang vom HiFi Verstärker am geradesten, danach der alte analoge PA Verstärker. Gefolgt vom t.Amp und ganz hinten der Gisen Amp (das ist auch genau die Reihenfolge wenn es um Leistung geht).
Die fiesen Zacken im Tiebtonbereich der Gisen Endstufe sind immer noch vorhanden. Aber nur bei dieser Endstufe. Keine Ahnung wo die herkommen.
Ich schließe draus das, auch wenn die Messung nicht ganz richtig aussieht, man die Endstufen qualitativ miteinander vergleichen kann und eine Tendenz erkennt.

Ich habe aus Spaß mal versucht den Gisen-Amp zu "entzerren".
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Hat einigermaßen funktioniert. Das heißt wenn ich diese Endstufe benutze um mein Selbstbau Top zu vermessen und zu entzerren werde ich wohl immer die Endstufe mit entzerren. Das verfälscht natürlich die Ergebnisse ein wenig. Wird aber erst dann interessant wenn ich mal eine andere Endstufe benutzen will.

Bei der letzten messung ist mir aber aufgefallen das sich die Messergebnisse genau andersrum verhalten als der eingestellte Wert im DSP. Habe das mit meinem Controller (DBX Driverack PA2) in Kombination mit dem t.amp noch mal überprüft, da ist es genau so.
Liegt das an der zweikanaligen Messung? Und bedeutet das jetzt, das der Frequenzgang der Endstufen in Wirklichkeit gespiegelt ist? Also kein Anstieg in den Höhen, sondern ein Abfall?


Puh, so viele Fragen. Kann hier eventuell jemand beurteilen ob mein Vorgehen und meine Interpretation der Ergebnisse einigermaßen richtig sind?

[ansch]

Wenn sich die Entzerrung gegenläufig verhält, hast Du evtl. Messkanal und Referenzkanal bei der zweikanaligen Messung vertauscht?

[Rainer_Zufall]

Oh, stimmt. Genau das ist es gewesen. Vielen Dank, ich dachte schon das wär jetzt alles für die Katz gewesen.
Habe es noch mal nachgeschlagen: Genau so steht es eignetlich auch im ARTA Handbuch. Links raus, rechts rein und in den linken Eingang kommt das Messsignal. Das hatte ich wohl übersehen.
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Das bedeutet aber auch das alle bisherigen messungen auf dem Kopf stehen. Damit kann ich leben.

EDIT:
Gerade noch mal neu gemessen. Die Gisen sehen immer noch schlimm aus.
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